工程材料实验指导.

工程材料实验指导金工教研室/金工实验室实验一金属的显微分析法实验一金属的显微分析法实验目的：了解金相显微镜的构造、原理及使用规则；掌握金相显微试样制备的基本操作方法。实验概述：金相分析是研究工程材料内部组织结构的主要方法金相显微分析法：利用金相显微镜在专门制备的试样上观察材料的组织和缺陷的方法。1.金相显微镜的构造、原理及使用；2.金相显微试样的制备方法。实验概述：金相分析实验使用的主要仪器设备金相显微镜（4XB型）金相显微镜（4XC-TV型）实验概述：金相分析实验使用的主要仪器设备切割机镶嵌机实验概述：金相分析实验使用的主要仪器设备抛光机（PG-1型）抛光机（PG-2型）实验概述：1.金相显微镜的原理、构造及使用金相显微镜的光学原理实验概述：1.金相显微镜的原理、构造及使用金相显微镜的构造及功能•光学系统•照明系统•调焦装置•载物台（样品台）•孔径光栏和视场光栏•物镜转换器和物镜•目镜筒及目镜实验概述：1.金相显微镜的原理、构造及使用金相显微镜的构造及功能(1)-灯泡(2)-聚光镜组Ⅰ(3)-聚光镜组Ⅱ(4)-半透反光镜(5)-辅助透镜(6)-物镜组(7)-反光镜(8)-孔径光栏(9)-视场光栏(10)-辅助透镜Ⅱ(11)-棱镜Ⅰ(12)-棱镜Ⅱ(13)-视场(14)-目镜实验概述：1.金相显微镜的原理、构造及使用金相显微镜的使用及注意事项•显微镜的操作规程•显微镜使用注意事项（详见实验指导书）实验概述：2.金相显微试样的制备方法为了能够在金相显微镜下真实地、清楚地观察到金属内部的显微组织，需要精心地制备金相显微试样。金相试样的制备过程主要步骤有：磨制抛光浸蚀镶嵌取样实验概述：2.金相显微试样的制备方法本实验金相试样制备过程的步骤如下:磨制抛光浸蚀观察砂纸磨抛光液抛光机浸蚀剂吹风机酒精清洗水清洗水清洗吹干显微镜实验概述：2.金相显微试样的制备方法取样•下图为常规取样•左图为试样镶嵌实验概述：2.金相显微试样的制备方法磨制•方式：手工磨和机械磨•工序：粗磨和细磨右图---试样磨面上磨痕变化情况示意图实验概述：2.金相显微试样的制备方法磨制方法砂纸平铺在玻璃板上，一手按住砂纸，另一手握住试样，使试样磨面朝下并与砂纸接触，在轻微压力作用下向前推行磨制。磨制以“单程单向”方式重复进行。在调换下一号更细的砂纸时，应将试样上的磨屑和砂粒清除干净，并使试样的磨制方向调转90°。实验概述：2.金相显微试样的制备方法实验概述：2.金相显微试样的制备方法抛光•目的：去除细磨时遗留下的细微磨痕，以获得光亮而无磨痕的镜面。•方法：机械抛光电解抛光化学抛光•本实验采用机械抛光方法。实验概述：2.金相显微试样的制备方法•操作：1.将试样磨面均匀地、平整地压在旋转的抛光盘上，压力不宜过大，并沿盘的边缘到中心不断作径向往复移动。2.抛光时间不宜过长，磨面上磨痕全部消除而呈光亮的镜面后，即可停止抛光。3.抛光后的试样用水冲洗干净，然后进行侵蚀。实验概述：2.金相显微试样的制备方法浸蚀•目的：使试样磨面的显微组织显露出来，便于观察分析。光滑镜面在显微镜下只能看到一片光亮，除某些非金属夹杂物、石墨、孔洞、裂纹外，无法辨别出各种组织组成物及其形态特征。•方法：化学浸蚀法•操作：1.将抛光好的试样磨面用化学浸蚀剂进行一定时间浸蚀；2.浸蚀后用酒精清洗浸蚀面，再用吹风机吹干浸蚀面及试样整体，随后观察。实验概述：2.金相显微试样的制备方法浸蚀浸蚀后试样磨面就形成了凸凹不平的表面，在显微镜下通过光线在磨面上各处的反射情况不同，显现出各种不同的组织结构特征及形态。即能够观察到金属的显微组织。右图----单相组织和双相组织的显微组织图实验一金属的显微分析法实验设备及材料•设备仪器有：光学金相显微镜、抛光机、电吹风机等。•实验材料有：碳钢试样，金相砂纸，抛光液，硝酸酒精溶液（含4%HNO3），酒精，脱脂棉等。实验一金属的显微分析法实验内容及步骤实验前必须仔细阅读实验讲义的有关内容；听取实验指导教师讲解金相显微镜的构造、使用方法等内容，熟悉金相显微镜的构造及其操作规程；由实验指导教师讲解金相试样制备的基本操作过程，学生每人一块试样，进行试样制备全过程的操作，直至制成合格的金相试样；在金相显微镜下观察所制备试样的显微组织特征，并用铅笔描绘出画。实验一金属的显微分析法实验报告要求在指定的报告纸上完成报告。注意：必须要写明实验名称、实验日期、学生姓名、学号及组别。1.写出实验目的；2.扼要描述光学金相显微镜的使用规程，画出显微镜的光学系统示意图；3.说明金相试样制备的过程及其注意事项；4.在报告纸上所给定的圆圈内，用铅笔画出所制备试样的显微组织图，并注明试样的材料、组织类别、侵蚀剂及放大倍数。5.报告上交日期：实验后一周内。实验二碳钢和铸铁在平衡状态下的显微组织实验二碳钢和铸铁在平衡状态下的显微组织一、实验目的通过观察，熟悉铁碳合金在平衡状态下的显微组织；了解并掌握铁碳合金中的相及组织组成物的本质、形态及分布特征；分析并掌握平衡状态下铁碳合金的组织和性能之间的关系。实验二碳钢和铸铁在平衡状态下的显微组织二、实验概述观察碳钢和白口铸铁的平衡组织分析各种相组分和组织组成物的特征碳钢：亚共析钢、共析钢、过共析钢白口铸铁：亚共晶白口铸铁、共晶白口铸铁、过共晶白口铸铁相或组织：铁素体、渗碳体、珠光体、莱氏体区分：铁素体与渗碳体、各种渗碳体估算：亚共析钢中碳的质量分数二、实验概述1.各种碳钢的显微组织工业纯铁显微组织亚共析钢钢的显微组织二、实验概述共析钢的显微组织1.各种碳钢的显微组织过共析钢钢的显微组织二、实验概述2.放大倍数对组织形态的影响高倍率下的珠光体中倍率下的珠光体二、实验概述3.铁素体和渗碳体显微镜下的区别亚共析钢中的铁素体过共析钢中的二次渗碳体二、实验概述4.不同化学浸蚀剂对组织的影响T12钢的显微组织碱性苦味酸钠溶液侵蚀的组织4%硝酸酒精溶液侵蚀的组织4%硝酸酒精溶液侵蚀的组织二、实验概述5.各种白口铸铁的显微组织亚共晶白口铸铁显微组织共晶白口铸铁显微组织二、实验概述过共晶白口铸铁显微组织5.各种白口铸铁的显微组织实验二碳钢和铸铁在平衡状态下的显微组织三、实验仪器及材料主要仪器有：光学金相显微镜所用材料有：20钢、65钢、T8钢、T12钢、亚共晶白口铸铁、共晶白口铸铁、过共晶白口铸铁的显微组织样品各种碳钢和白口铸铁的金相图片。实验二碳钢和铸铁在平衡状态下的显微组织四、实验内容与步骤观察各种显微组织样品，研究每个样品的组织特征，并结合铁碳相图分析其组织形成过程。用铅笔绘出指定6个样品的显微组织示意图，并用箭头和代表符号标明各组织组成物。注意要点是：1.绘图时要抓住各种组织组成物形态的特征，用示意的方法去画，而不必像照相似的描绘其切实的影象。2.绘制组织示意图一律用铅笔，黑白颜色应与真实组织相对应，不能以黑代白或以白代黑。3.绘制组织图必须在实验室内完成。分析一个未知试样。指出它是何种钢，是什么组织，估算出大致的碳质量含量。实验二碳钢和铸铁在平衡状态下的显微组织五、实验报告要求在指定的报告纸上完成报告。注意：必须要写明实验名称、实验日期、学生姓名、学号及组别。1.写出实验目的；2.在报告纸上所给定的圆圈内，用铅笔画出指定6个样品的显微组织示意图。并用箭头和代表符号标明各组织组成物，同时注明样品成分、组织类别、侵蚀剂和放大倍数等；3.根据所观察的组织，说明碳含量对铁碳合金的组织和性能影响的大致规律；4.通过观察估测未知试样组织中珠光体所占的面积，利用估算公式计算未知试样的碳质量分数。5.报告上交日期：实验后一周内。实验三钢的热处理及其对组织和性能的影响实验三钢的热处理及其对组织和性能的影响实验目的：熟悉钢的几种基本热处理操作；研究加热温度、冷却速度及回火温度等主要因素对碳钢热处理后性能的影响；观察碳钢热处理后的显微组织；了解材料硬度的测定方法，学会正确使用硬度计。实验概述：钢的热处理：通过钢在固态范围内的加热、保温和冷却操作，来改变其内部组织，从而获得所需要的物理、化学、机械和工艺性能的过程。普通热处理有：退火、正火、淬火、回火。热处理基本工艺要素：加热温度、保温时间和冷却方式。正确合理选择这三者的工艺规范，是热处理质量的基本保证。实验三钢的热处理及其对组织和性能的影响实验三钢的热处理及其对组织和性能的影响热处理设备实验室用设备箱式电阻炉坩埚炉管式电阻炉实验三钢的热处理及其对组织和性能的影响热处理生产用设备高温电阻炉台车式电阻炉外热井式硝盐炉网带式淬火炉网带式回火炉铝管退火炉箱式气体渗碳炉自动生产线感应加热感应淬火机床RJ2系列井式回火电阻炉RQ3系列气体渗碳炉RX3系列箱式电阻炉实验三钢的热处理及其对组织和性能的影响实验概述：钢的热处理工艺曲线相关参数：1.加热温度2.保温时间3.冷却方式实验三钢的热处理及其对组织和性能的影响退火和正火工艺淬火方法冷却方式共析钢的等温转变和连续冷却转变亚共析钢连续冷却转变过共析钢连续冷却转变实验概述：加热温度的选择图3-1退火和正火的加热图3-2淬火的加热温度范围温度范围实验概述：加热温度的选择回火的加热温度低温回火：加热温度为150℃～250℃。中温回火：加热温度为350℃～500℃。高温回火：加热温度为500℃～650℃。回火加热温度对机械性能的影响回火加热温度对硬度的影响实验概述：保温时间的选择保温的意义：为了使工件内外各部分温度均达到指定温度，并完成组织转变，使碳化物溶解奥氏体成分均匀化，必须在热处理加热温度下保温一定的时间。加热时间：工件升温所需时间和保温所需时间的总合。热处理加热时间的影响因素：工件的尺寸和形状、使用的加热设备和装炉量、装炉时炉子的温度、钢的成分和原始组织、热处理的要求和目的等。在空气介质中加热升温达到指定温度后的保温时间，碳钢：按工件厚度(或直径)每毫米一分钟到一分半钟估算；合金钢：按每毫米两分钟估算。在盐浴炉中加热，保温时间则可缩短1～2倍。(参见表3-1)实验概述：冷却方法的选择热处理时冷却方法（冷却速度）影响着钢的组织和性能。只有选择适当的冷却方法，才能获得所要求的组织和性能。退火冷却：一般采用随炉冷却。正火冷却：采用空气冷却，大件可用风冷却。淬火冷却：根据工件状况选择淬火介质。淬火介质不同冷却能力不同工件获得冷速不同合理选择冷却介质是保证淬火质量的关键碳钢：通常用室温的水作淬火介质合金钢：实验概述：碳钢热处理后的组织，可以是接近平衡状态的组织，也可以是不平衡组织。组织不同性能将各异。研究分析其组织，用铁碳相图和碳钢的Ｃ曲线。铁碳相图——慢冷时不同碳质量分数的铁碳合金的结晶过程和室温下的组织，并计算相的质量分数。C曲线——一定成分的铁碳合金在不同冷却条件下的过冷奥氏体发生不同类型的转变过程及能够得到的组织。实验三钢的热处理及其对组织和性能的影响平衡状态组织：退火、正火组织如：铁素体＋珠光体、珠光体、珠光体+二次渗碳体不平衡状态组织：淬火组织连续冷却时——当冷却速度不太大时，形成珠光体类型的索氏体或屈氏体组织（共析钢）当冷却速度较快时，直接形成马氏体组织（碳在α-Fe中的过饱和固溶体）等温冷却时——在高温转变区产生珠光体型组织：珠光体、索氏体、屈氏体在中温转变区产生贝氏体组织：上贝氏体和下贝氏体实验概述：碳钢热处理后的组织实验概述：碳钢热处理后的组织碳钢的退火和正火组织45钢860℃炉冷组织45钢860℃气冷组织珠光体+铁素体索氏体+铁素体实验概述：碳钢热处理后的组织钢的淬火组织45钢860℃油冷组织45钢860℃淬火组织马氏体+屈氏体马氏体实验概述：碳钢热处理后的组织钢的回火组织45钢860℃调质处理组织65钢淬火后中温回火组织回火索氏体回火屈氏体实验概述：碳钢热处理后的组织T12钢的球化退火和淬火后低温回火组织球化退火组织水淬+低温回火组织球化体回火马氏体+二次渗碳体+残余奥氏体实验概述：碳钢热处理后的组织低温回火组织为回火马氏体，回火马氏